DNA在“说话”！靠基因也能画出嫌疑人样貌 | 科学世界·探索

为了应对日益复杂和多样化的刑事案件与事故，新的科技手段不断被应用于刑事侦查中。刑事侦查的发展如何？取得了哪些进步？本文将进行详细的介绍。

DNA能实现高精度个人识别

众多刑侦手段中，目前最重要的要数DNA分析技术了。2013年12月，日本餐饮连锁品牌“饺子王将”的老板在京都总公司门前的停车场被枪击身亡，DNA鉴定在侦破此案的过程中发挥了关键作用。该案发生后，由于种种原因凶手一直没抓到。直到2022年10月，这起枪击案的凶手因为犯下另一起案件入狱服刑，在进行DNA比对时，警方发现他的DNA与当年从遗留在枪击案现场附近的烟头上提取到的微量DNA一致，这起枪击案才算告破。

利用离心机从口腔拭子中提取DNA（图片源自网络)

DNA是“设计”生物体的蓝图，每个人的DNA都是独一无二的，通过它就可以识别个体。根据DNA识别个体的精准度越来越高。虽然分析方法不同有可能产生误差，但按现行方法提取DNA，样本与其他人的DNA碰巧一致的概率只有5.65艾分之1（1艾＝1018 ）。5.65艾，这个数字远超地球的总人口数，只要能正确提取到DNA，与其他人搞混的可能性几乎为零。

为什么DNA分析可以精确识别个体？我们先来看看DNA的特征。DNA是细胞核中的巨大分子，由4种碱基（一类构成DNA的化学结构），即腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）组成，这4种碱基成对排列（碱基对），形成互相连接的双螺旋结构，人类DNA碱基对的数量高达32亿对左右，这4种碱基的排列被称为“碱基序列”，每个人的碱基序列都是独一无二的，因此可以通过它来识别个体。

DNA的4种碱基对（图片源自网络）

但DNA分析时，并不是每次都会检测32亿对碱基对。因为通过以往的研究，科学家已经确定了DNA上哪些基因位点（即基因座）可以有效识别个体。现在，只需检测24个基因座，就算一部分分析结果不甚明确，也可以基本无误地识别个体。这种方法的出错率仅为5.65艾分之1。用于识别个体的基因座中，有一个部分叫作“短串联重复序列” （short tandem repeat，STR；也称“微卫星DNA”），是一段长度包括2～6个碱基序列的DNA片段，其重复的次数因人而异，正是利用这个特点，通过检测它的重复次数就可以进行个体识别。

利用STR识别个体

上图是用于个体识别的基因座STR的示意图。实际上，DNA为双螺旋结构（图片左端），为了便于观察便将它改成了直线。图中显示的基因座中，AGAT4个碱基作为1个单位重复，人物A的DNA片段有7次重复，人物B的DNA片段有9次重复，这个重复次数因人而异。图中的“？”与人物A的DNA片段的重复次数完全相同，可以判定是同一个人。只检测单个基因座不能准确识别个体。通过检测24个特定的基因座，可以将识别差错率降低至5.65艾分之1，从而达到极高的个体识别精度。

不过，现场提取到的DNA并不一定都是完整的。还有些基因座只出现在男性身上，有专家表示：“如果分析24个基因座无法判定时，会追加检测另外8个基因座。”

只要一点点细胞  就能做DNA分析

人体全身任何部位都可以提取DNA。专家表示：“1个细胞含有6皮克（1皮克＝10-12克）DNA，大约167个细胞就可以做DNA分析。”因此，从烟头上附着的极其微量的生物样本中也能提取到DNA。此外，唾液、尿液、带毛囊的头发、指甲、汗液、身体污垢中混杂着人体脱落的细胞，从中可以提取到DNA。

（图源：电视剧《非正常死亡》）

从生物样本中提取的DNA进行检测前，会通过聚合酶链式反应（PCR）扩增，将DNA数量增加数万乃至数百万倍。扩增后的DNA放入名为“基因分析仪”的自动分析装置中，分析STR的重复次数。随着PCR的发展和基因分析仪的进步，现在只需极微量的DNA就可以进行分析了。不过，现场采集到的样本有可能被污染或已经腐坏，需要用试剂或离心机去除样本中多余的蛋白质等成分，提取出DNA。

PCR的作用机制（图源：《科学世界》2024年第1期）

由此可见，每个样本的情况都不尽相同。专家表示：很多时候，技术人员提取DNA时，反复试验、不断摸索很重要。而从极微量的样本中提取DNA，往往需要实际操作才能知道效果。为了能够从微量DNA样本中实现稳定且高精度的鉴定，DNA鉴定技术的开发仍在持续进行中。

DNA鉴定结果

上图是一份DNA鉴定报告样本的一部分（日本法科学鉴定研究所提供）。报告的左边栏是所分析的基因座的名称，例如，“D5S818”位于5号染色体，是重复AGAT这个碱基序列的基因座。这份鉴定报告是将获取的“血液”样本和“** **”（匿名）的DNA 进行比对的结果。表格中，“血液” 和“** **”下的数值是各自的DNA分析结果和基因座的重复次数。基因座上记录的两个数值分别来源于两套染色体，因为人类从父亲和母亲处各继承了一条染色体，两条染色体配成 一对。 这份鉴定报告中，“血液”和 “** **”所有基因座的重复次数完全一致，可以推断为同一人。通过分析多个基因座可以减少出错，尽可能让鉴定结果更准确。

DNA预测人的长相

如今，DNA分析的范围更加广泛。根据DNA，可以推测出个体的人种、肤色、眼睛颜色、容貌、体型、性格等特征。其中一种方法就是利用单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）推断人的身体特征。SNP是指标准序列中一个碱基被另一个碱基取代所形成的多样性。据推算，人类大约每1000个碱基中有1个SNP。研究表明，SNP与个体罹患某些特定疾病的易感性存在关联，因此，围绕个体化精准医疗（即个性化医疗）的研究正在广泛开展。

现在，新的DNA分析方法还在不断探索和开发之中。2017年，美国学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS）刊登了一篇论文，称成功开发出了能以相当高精确度预测人体特征的人工智能（AI），这项研究分析了1000多位检测对象的全部基因组，并在此基础上创建了可以预测人的面部、身高、体重、年龄等特征的AI。

从DNA推测人的相貌

上图是美国公司Parabon NanoLabs出具的一份分析报告，该公司可以根据DNA的SNP推测人的长相。这份报告是根据志愿者提供的DNA进行分析的结果。如图所示：通过DNA可推测人的肤色、瞳色、头发颜色、有没有雀斑等特征，并绘制脸部示意图；此外，还可以将推测出的相貌与志愿者的真实照片进行比对。在美国，这项服务为搜寻失踪人口和确定犯罪现场遗留的DNA属于谁，提供了不少帮助。

除了身体特征，该AI还可以识别个体。研究人员进行了如下实验：输入10个人的身体数据到AI，让其选出拥有特定DNA的人，结果AI的识别准确率达到70%以上。研究人员表示，如果整合并存储更多的数据，准确性还能再提高。DNA分析技术的发展还有助于解决过去的悬案。DNA在合适的条件下非常稳定，可以长期保存。随着技术的进步，即使是已经调查过的样本也可能提供新的信息。

尽管不是刑事案件，但已有多个案例通过分析过去的DNA样本而获得新发现。比如，研究人员分析了5300年前死于阿尔卑斯山脉的男性“冰人”的DNA，结果显示他的后代一直绵延至今。此外，在英国莱斯特一座修道院遗址中出土的一具遗骨，经过DNA分析比对，最后被确认属于15世纪英格兰国王理查三世。这两个案例都归功于DNA技术的进步，它可以带领我们穿越时空。世界上大多数国家的刑侦机构在查案的过程中，包括DNA在内的样本都不会全部用完，一半以上会被保存起来。未来，如果使用DNA的全新侦查方法得以确立，曾经的悬案说不定能逐一告破。

除了DNA分析，还有哪些新技术被应用在犯罪调查分析中？

欢迎阅读《科学世界》2025年第8期探索部分——《犯罪调查新技术》，获取更多科学知识！

实习编辑 | 唐一菲